کاربرد SAM ها در بیوسنسورها

کاربرد SAM ها در بیوسنسورهای نانویی

علاوه بر اهميت تئوريک و تکنيکي SAM‌ها، کاربرد آنها در زمينه (نانوتکنولوژي) جهش قابل توجهي را در زمينه توانايي تک لايه‌ها براي سازمان‌دهي خوشه‌هاي ملکولي در مقياس‌هاي طولي دقيق و کنترل شده فراهم آورده است. اين فرآيند با استفاده از ملکول‌هاي فعال داراي گروه‌هاي فعال انتهايي مختلف صورت مي‌گيرد. اين روش، امکان انتخاب نوع فعاليت تک‌لايه‌ها مورد نظر را براي کنترل بهتر ساختارهای نانو از طريق اتصال نانوخوشه‌هاي پراکنده فلزات و يا نيمه‌هادي‌ها فراهم مي‌سازد. اين ساختار کاربردهاي متعددي در زمينه الکترونيک بيوملکولي و ساخت بيوسنسورها دارد در حاليکه خصوصيات نوري و الکترونيک اين ساختارها را مي‌توان از طريق انتخاب ملکول‌هاي فعال مناسب (شکل‌گيري شبکه‌ها) به صورت فضايي تنظيم نمود.
در طول سال‌هاي اخير، تحقيقات در زمينه ساخت بيوسنسورهاي جديد همگام با توسعه بيوسنسورهاي موجود به سرعت رشد کرده است. نيروي محرکه عمده براي اين دسته از فعاليت‌هاي تحقيقي رشد تقاضا براي بيوسنسورهاي کوچک، به ويژه براي کاربردهاي تشخيصي مي‌باشد. در هر حال ساخت چنين دستگاههايي به شرايط ويژه‌اي از قبيل اندازه قطعات، پاسخ انتخابي آناليت، زمان پاسخ سريع و سازگاري با مدارهاي الکتريکي نياز دارد. با وجود اينکه تمايل بازار براي اينگونه تجهيزات حسگر کوچک براي کاربردهاي بيولوژيک پزشکي به سرعت در حال رشد است، بعضي از بيوسنسورهاي موجود فاقد اين خصوصيات هستند و اميد مي‌رود مواد جديد و پيشرفته اين مشکلات را برطرف سازند. با توجه به اين مشکلات، تک‌لايه‌هاي خود سامان‌يافته توانايي‌هاي بالقوه‌اي را در زمينه اين نوع کاربردها دارا مي‌باشند. اين توانايي‌ها دلايل متنوعي دارند. در درجه اول، از آنجاييکه اين مواد از حداقل منابع استفاده مي‌کنند، دستگاه‌هاي ساخته شده با استفاده از اين مواد داراي اندازه‌هاي کوچکي مي‌باشند. براي مثال يک تک‌لايه شامل 1013 ملکول بر سانتيمتر مربع و يا تنها 10-10 moles/cm2 مي‌باشد. از طرف ديگر درجه نظم بالا و طبيعت متراکم SAM‌هاي ساخته شده از زنجيرهاي آلکان تيول شبيه به محيط ساختارهاي دو‌لايه‌اي ليپيدي است. اين ساختار يک سوبستراي جديد را براي بيوملکول‌هاي تثبيت شده (آنتي‌بادي‌ها، آنزيم‌ها، نوکلئيک اسيدها) و يا سيستم‌هاي بيولوژيک (گيرنده‌ها، سلولهاي کامل) فراهم مي‌سازد. گذشته از موارد ذکر شده، فرآيند آسان تشکيل SAM و سازگاري با سوبستراهاي فلزي (طلا، نقره و غيره) براي اندازه‌گيري‌هاي الکتروشيميايي مزاياي خاصي را براي استفاده از اين نوع بيوسنسورها ايجاد مي‌کند. اين مزايا شامل اندازه‌گيري آسان جريان و پتانسيل مي‌باشند. پايداري شيميايي تک‌لايه‌ها حتي بعد از جفت شدن با ملکول‌هاي تثبيت شونده مورد نظر، اين مواد را براي استفاده در بيوسنسورها مناسب مي‌سازد. اين مواد همراه با يک مبدل الکتروشيميايي، نوري يا پيزوالکتريک به عنوان اجزاي تشکيل دهنده بيوسنسور يا ايمونوسنسور مورد استفاده قرار مي‌گيرند.
از آنجاييکه SAM به صورت يک لايه تماسي بين سطح يک فلز بي‌اثر و يک نمونه موجود در محلول يا فاز بخار عمل مي‌کند، مزاياي آن براي استفاده در سيستم‌هاي تشخيص ملکولي و (يا حسگرهاي شيميايي) واضح مي‌باشد. انتخاب پذيري بالايي که بيوملکولهايي از قبيل آنتي‌بادي‌ها، نوکلئيک‌اسيد‌ها و يا حتي سيستم‌هاي سازمان يافته‌اي از خود نشان مي‌دهند را مي‌توان براي تشخيص ملکول‌ها به کار گرفت. گذشته از اين، تثبيت اين بيومکول‌ها با استفاده از SAM تنها به حداقل مقدار ممکن (تک لايه) از آنها نياز دارد در حاليکه فعاليت بيولوژيک اين ملکول‌ها به همان صورت باقي مي‌ماند.
روش‌هاي تبديل مختلفي از قبيل روش‌هاي تبديل الکتروشيميايي، نوري يا پيزوالکتريک براي حس کردن بيولوژيک ملکول‌هاي آناليت مورد استفاده قرار مي‌گيرند که انتخاب روش مطلوب به مقدار آناليت، محيط و زمان پاسخ بستگي دارد. در سيستم‌هايي که اخيرا ابداع شده‌اند، کنترل فرآيند تثبيت و جهت‌گيري ملکول‌ها امکان انعطاف پذيري بالايي را در طراحي بيوسنسورها به وجود آورده است.